FDT: Eine Technische Beschreibung

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1 FDT: Eine Technische Beschreibung Open access to device intelligence

2 Inhalt 1. FDT im Überblick Einführung FDT Group Historische Entwicklung 6 2. FDT in der Anwendung Durchgängiger Gerätezugriff über alle Ebenen FDT - Mehr als nur Gerätezugriff Nutzen für Anlagenbetreiber Nutzen für Gerätehersteller und Systemanbieter Realisierung von FDT FDT Rahmenapplikation Device Type Manager Gestaltung von DTM-Oberflächen (Style Guide) DTM-Applikationen Leistungsumfang FDT Anforderungen Evolution von COM zu.net Umsetzung von FDT Common Components Vertikale Kommunikation PLC-Tool-Interface FDT2 als Objektmodell DTM - Kategorien FDT - Systemtopologie FDT - Kommunikation Qualitätssicherung Glossar / Abkürzungen Kontakte Haftungsausschluss 31 2

3 1. FDT im Überblick 1.1 Einführung FDT (Field Device Technology) ist eine Schnittstellenspezifikation für den offenen Datenaustausch zwischen Feldgeräten und Automatisierungssystem, die durch die internationalen Normen IEC und ISA103 standardisiert ist. In der Field Device Technology sind zwei Begriffe besonders wichtig: DTM (Device Type Manager, oder Gerätetreiber ) und FDT-Rahmenapplikation. Beides sind Softwarekomponenten, die ihre Funktionen nur gemeinsam ausführen können. Die in den nachfolgenden Texten und Graphiken dafür verwendeten Symbole zeigt Bild 1. Bild 1: Symbole für Rahmenapplikation (li) und DTM (re) FDT stellt für alle nach diesem Standard verfügbaren Gerätetreiber (DTMs) eine gemeinsame Plattform für den Datenaustausch bereit. Diese ermöglicht einen vollständigen und über unterschiedliche Netzwerkhierarchien wirkenden Zugriff auf alle vom DTM zur Verfügung gestellten Gerätefunktionen. Damit kann jedes Gerät über eine in ihren Grundzügen standardisierte Benutzeroberfläche konfiguriert, bedient und gewartet werden unabhängig vom Hersteller, Gerätetyp oder Kommunikationsprotokoll. Informationen aus einer Automatisierungsanlage (vor allem von Kommunikations- oder Feldgeräten) werden über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage oder Anwendung benötigt: schon bei Planung und Projektierung, dann bei Installation und Inbetriebnahme und schließlich bei Produktion und Wartung unterstützt FDT mit vielseitigen und äußerst hilfreichen Funktionen. Anforderungen an die Geräteintegration... Die Geräteintegration besitzt in automatisierten Industrieanlagen seit Jahren eine hohe Bedeutung. Denn moderne ( intelligente ) Feldgeräte verfügen - neben den Prozessdaten über immer mehr Informationen und Funktionen, die dem Automatisierungssystem zugänglich gemacht werden müssen. Anwender fordern deshalb eine standardisierte Systemumgebung zur zentralen Verwaltung, Inbetriebnahme, Konfiguration und Wartung aller Feldgeräte. Diese muss unabhängig sowohl vom Gerätehersteller als auch vom verwendeten Kommunikationsprotokoll sein und einen nahtlosen Datenaustausch zwischen den Feldgeräten und einem Automatisierungssystem, z.b. einer Steuerung oder einer Plant Asset Management (PAM) Anwendung realisieren. Ein Standard für die Geräteintegration sollte dem Anwender eine freie Auswahl für alle in seiner Anlage installierten Komponenten unabhängig vom Hersteller bieten und damit die Möglichkeit, die jeweils geeignetsten Geräte für seine Anwendung einsetzen zu können. Zudem ist eine offene Technologie nötig, die Investitionen von Anlagenbetreibern in die Feldgerätetechnik langfristig schützt und Geräteherstellern die Erstellung einheitlicher in unterschiedlichen Systemumgebungen lauffähiger Gerätetreiber ermöglicht. und ihre Umsetzung durch FDT FDT kann diese umfangreichen Anwender- und Herstellererwartungen gleichermaßen erfüllen, denn die FDT Spezifikation ist inhaltliche Grundlage für die in der IEC und später in der ISA 103 standardisierten Schnittstellen. Durch die universelle Einsatzmöglichkeit der Device Type Manager wird nur eine solche Treiberkomponente pro Gerät benötigt, wodurch die Entwicklungskosten für den Gerätehersteller gesenkt werden. Und weil der programmierte Inhalt eines DTMs im Binärformat keinen Zugriff durch Dritte zulässt, ist das geistige Eigentum der Hersteller zudem wirksam geschützt. 3

4 Das FDT-Konzept lässt sich vereinfacht mit einer in der Bürokommunikation genutzten Methodik vergleichen (Bild 2). Als Beispiel dient hierzu ein Drucker mit einem passenden Gerätetreiber und einer integrierten grafischen Benutzeroberfläche: Diese erscheint zum Beispiel in beliebigen Office Anwendungen immer in der gleichen Weise und mit gleicher Funktionalität. Bei FDT wird für das Feldgerät vom Hersteller ein Gerätetreiber (DTM) zur Verfügung gestellt, der den Zugriff auf das Gerät von beliebigen FDT-Anwendungen über eine grafische Oberfläche erlaubt. Durch die FDT Spezifikation wird generell eine Interoperabilität sichergestellt, so dass herstellerunabhängig jeder DTM in jeder FDT-Rahmenapplikation lauffähig ist (Bild 3). vom Hersteller geliefert Beliebige Office Anwendung Treiber Beliebige FDT Anwendung standardisierte Schnittstelle vom Hersteller geliefert Bild 2: Druckertreiber und DTM im Vergleich Bild 3: Interoperabilität zwischen DTMs und FDT-Rahmenapplikationen Die FDT-Technologie erfordert keine spezifischen Anpassungen der Feldgeräte (z.b. Firmware oder Hardware) und kann dadurch universell für jedes Gerät mit Kommunikationsschnittstelle eingesetzt werden. Das vom Gerät unterstützte Kommunikationsprotokoll sowie die Geräteeigenschaften werden vollständig durch die FDT Technologie software-basiert auf dem PC abgebildet. Dadurch können nicht nur Neuanlagen mit FDT ausgestattet werden, sondern es wird auch die nachträgliche Einführung von FDT in bestehende Anlagen ermöglicht. Bei der Nachrüstung einer bestehenden Anlage ist kein Eingriff in die installierten Geräte oder gar deren Austausch erforderlich. Das vorhandene Netzwerk aus Bussystemen, Kommunikationseinrichtungen und Feldgeräten kann unverändert genutzt werden. Es muss lediglich die Installation der DTMs der in der Anlage installierten Geräte sowie einer FDT-Rahmenapplikation vorgenommen werden. 4

5 1.2 FDT Group Die FDT Spezifikation wird von der FDT Group AISBL (Association Internationale Sans But Lucratif) verwaltet, gepflegt und weiterentwickelt. Hierzu gehören auch die Erstellung von Richtlinien wie beispielsweise des DTM Style Guide oder der FDT Life Cycle Policy. Die FDT Group ist ein internationaler, nicht-gewinnorientierter Zusammenschluss weltweit führender Unternehmen der Prozess- und Fertigungsautomatisierung. Hauptziel der FDT Group ist die weltweite Etablierung des FDT-Standards als offene, herstellerneutrale Schnittstellenbeschreibung zur Integration von Feldgeräten in Engineering-, Automatisierungs- und PAM-Systeme. In diesem Umfeld haben sich Endanwender, Hersteller, Universitäten und Forschungseinrichtungen für die gemeinsame Pflege und Erweiterung der Technologie zusammengeschlossen. Hierzu werden Entwicklungstools sowie Support, Schulungen, Praxistests und Dokumentationen bereitgestellt. Über einen ausführlichen Zertifizierungstest stellt die FDT Group die Qualität und damit die Interoperabilität der Produkte sicher (siehe Kapitel 5). Organisationsstruktur Die FDT Group setzt sich aus dem Vorstand (Board of Directors), einem Lenkungsausschuss (Executive Committee) und mehreren Fachausschüssen zusammen. Die Mitglieder der FDT Group wählen den Vorstand, der wiederum den Exekutivausschuss einsetzt. Die Arbeitsbereiche der Fachausschüsse sind: Marketing Technologie Anwender-Forum Verbände und Normen Arbeits- und Projektgruppen sind Teil eines Ausschusses. Bild 4 gibt eine Übersicht zu der Arbeitsgruppe Architektur & Spezifikation, deren Projektgruppen sich mit der Pflege und Erweiterung der FDT-Technologie befassen. Bei Bedarf werden durch den Exekutivausschuss neue, themenbezogene Arbeitsgruppen gebildet, die beispielweise Protokollerweiterungen (Annexes) erarbeiten. Eine Projektgruppe ist der Arbeitsgruppe unterstellt und besteht nur so lange, bis das festgelegte Projektziel erreicht ist. Architektur & Spezifikation DTM Style Guide 2 FOUNDATION Fieldbus Annex PLC Tool Interface Interbus Annex SERCOS Annex CIP Annex EtherCat Annex Modbus Annex CC-Link Annex IO-Link Annex HART Annex ISA100 Annex PROFIBUS Annex PROFINET Annex OPC UA Information Model CANopen Annex AS-Interface Annex FDT IEC Specification Arbeitsgruppe Projektgruppe Bild 4: Projektgruppen der Arbeitsgruppe Architektur & Spezifikation 5

6 1.3 Historische Entwicklung Testtool dtminspector FDT Start FDT 1.2 FDT IEC Style Guide Start Interoperability Test ISA 103 Life Cycle Policy FDT 2 Mit der Spezifikation FDT2 erfolgt die Einführung und Nutzung aktueller Softwaretechnologien: FDT2 nutzt den Leistungsumfang von Microsoft.NET und von u.a. Windows Presentation Foundation (WPF) sowie WinForms im Unterschied zur FDT 1.x-Spezifikation, die auf den Microsoft Technologien COM und ActiveX basiert Bild 5: Entwicklungsschritte von FDT Bild 5 zeigt die wesentlichen Stationen der FDT-Entwicklung bis Anfang 2012 mit der Einführung von FDT2. Die Standardisierung von FDT2 in der IEC sowie in den nationalen Normen wird entsprechend nachgeführt. Parallel dazu erfolgen die Arbeiten zur Unterstützung weiterer standardisierter Kommunikationsprotokolle in FDT. Bis zum Jahr 2011 wurden folgende Protokollstandards in Annexes beschrieben: PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, HART, FOUNDATION Fieldbus H1/HSE, Interbus, PROFINET, Modbus TCP/RTU/ASCII, Ethernet/IP, EtherCAT, DeviceNet, ControlNet, IO-Link, AS- Interface, CANopen, SERCOS III, CC-Link und ISA100; weitere Protokollbeschreibungen werden folgen. Interoperabilität, Performance und Handhabung der DTMs und FDT-Rahmenapplikationen werden insbesondere durch die Einführung sogenannter Common Components optimiert. Durch die Abwärtskompatibilität von FDT2 ist die Nutzung aller nach der FDT 1.2.x Spezifikation verfügbaren DTMs weiterhin möglich; dadurch ist der Investitionsschutz über den Lebenszyklus einer Anlage gesichert. Bild 6: Logos der durch FDT unterstützten Protokolle 6

7 2. FDT in der Anwendung 2.1 Durchgängiger Gerätezugriff über alle Ebenen Fernwartung Durchgängiger Gerätezugriff Durchgängiger Gerätezugriff Feldbus Ethernet Industrial Ethernet Planungs-/Unternehmensebene Engineering-/Leitebene Steuerungsebene Real-Time Ethernet Feldebene Sensor/Aktor Bus Sensor/ Aktor Ebene Die FDT-Technologie bietet entscheidende Vorteile besonders in solchen Anlagen der Prozess- und Fertigungsautomatisierung, in denen in den unterschiedlichen Ebenen der Automatisierungspyramide verschiedenste Arten von Feldgeräten und Kommunikationsprotokollen eingesetzt werden. (Bild 7, rechts: Fertigungsautomatisierung, links: Prozessautomatisierung). Bild 7: Automatisierungspyramide Die Funktionen der von unterschiedlichen Herstellern bereitgestellten Feldgeräte müssen oft durch spezielle Konfigurationssoftware an die vorgegebene Aufgabe angepasst werden. 7

8 Zusätzlich stehen über den Lebenszyklus von Anlage und Feldgeräten neben den eigentlichen Prozessdaten weitere wertvolle Informationen zur Optimierung des Anlagenbetriebes zur Verfügung. Für den Betreiber einer Automatisierungsanlage werden durch FDT die Arbeitsbedingungen optimiert und die Arbeitsabläufe effizienter gestaltet: Je größer die Vielfalt der eingesetzten Gerätetypen ist, desto schwieriger und zeitaufwändiger gestaltet sich deren Konfiguration. Besonders hoher Aufwand entsteht für den Anwender, wenn die Gerätehersteller unterschiedliche, nicht-standardisierte Parametrierund Konfigurationstools bereitstellen und die Daten zwischen diesen Tools und den Engineering-Systemen der Steuerungen ausgetauscht werden müssen. Hierzu ist dann häufig eine Datenkonvertierung notwendig, die detailliertes Spezialwissen erfordert. Die Konsistenz von Daten, Dokumentation und Konfigurationen gestaltet sich - ohne FDT - sehr aufwändig. Die dafür verwendeten Tools müssen sich, so eine dringende Forderung von Anwendern und Geräteherstellern, nahtlos in die Systemtools des Automatisierungssystems einbinden lassen, um alle Geräte der Anlage dem zentralen Engineering-System bekannt zu machen. Anlagenbetreiber, Anlagenbauer und Gerätehersteller finden hierbei durch FDT eine vielfältige Unterstützung. Die Geräte- und Systemintegration kann mit FDT über alle Ebenen der Automatisierungspyramide hinweg und unabhängig vom verwendeten Kommunikationsnetzwerk bzw. Feldbus mit einem einzigen Software- Tool vorgenommen werden. Die Protokollunabhängigkeit wird durch die Trennung der FDT-Basis-Spezifikation und der Protokoll-Annexe erreicht. Ein Annex beschreibt dabei die Erweiterungen der FDT-Spezifikation für das jeweilige Protokoll. Ein einziger, zentraler Arbeitsplatz für Planung, Inbetriebnahme, Diagnose und Wartung mit direktem Zugriff auf sämtliche Feldgeräte Durchgängiger Zugriff auf die Geräte, unabhängig von den gegebenen Netzwerkstrukturen und Kommunikationsprotokollen, sowohl von zentraler als auch dezentraler Stelle Austausch von gemeinsamen Daten zwischen Systemtools (Engineering- oder PAM-System) und gerätespezifischen Bedienoberflächen. Zentrale Datenverwaltung und -sicherheit sowie Verwaltung von Mehrplatz-Systemen. Anlage der Lebenszyklus Lebenszyklus Instandhaltung Anlagendiagnose Kalibrierung Wartung Planung Konfiguration Topologieplanung Betrieb Alarm-Modell Überwachung Stellgrößen Inbetriebnahme Konfiguration Parametrierung Start-up Bild 8: Nutzung von FDT über den Lebenszyklus der Anlage 8

9 2.2 FDT Mehr als nur Gerätezugriff FDT unterstützt jedoch weit mehr als nur die Konfiguration oder Parametrierung von Geräten. Zu jeder Phase des Lebenszyklus einer Anlage wie z.b. Planung oder Instandhaltung werden spezifische Funktionen benötigt, die durch die FDT-Technologie zur Verfügung gestellt werden (Bild 8). Die folgenden Beispiele zeigen hierfür einige anspruchsvolle Einsatzszenarien. Offline Engineering Im Unterschied zum Online-Engineering, das nur in Verbindung mit der installierten Infrastruktur und den Feldgeräten durchführbar ist, ermöglicht FDT bereits in der Planungsphase, d.h. noch ohne Geräte, ein Offline- Engineering. Hierzu werden die Parametrierdaten der Geräte in den zugehörigen DTM eingegeben und in der Projektdatei der FDT-Rahmenapplikation gespeichert. Nach erfolgter Installation der Geräte können die Daten auf diese heruntergeladen werden. FDT reduziert somit die Inbetriebnahmezeit einer Anlage deutlich. Netzwerk-Scan FDT bietet Funktionen für die automatische Erkennung der am Bus angeschlossenen Feldgeräte. Durch einen Kommunikations-DTM kann die unterlagerte Netzwerk-Topologie inklusive der angeschlossenen Geräte identifiziert werden. Diese Scan-Funktion kann zur automatischen Generierung oder Überprüfung der Systemtopologie verwendet werden. Zusätzlich können bei diesem Netzwerk-Scan auch die Feldbusadressen der identifizierten Geräte gesetzt werden. Konsistente Datenhaltung Die FDT-Rahmenapplikation stellt eine einheitliche Projektdatenbank für die konsistente Datenhaltung aller Geräte zur Verfügung, die mittels eines DTM in ein Automatisierungssystem integriert sind. Die Projektdaten können dann zentral gesichert (Backup) und wiederhergestellt (Restore) werden. Die Datenbank erlaubt die Datenhaltung und Datensicherung aller Geräte einer Anlage in einer einzigen Projektdatei. Benutzermanagement FDT spezifiziert ein einheitliches Benutzermanagement mit spezifischen Zugriffsrechten für festgelegte Benutzer oder Benutzergruppen: Beobachter, Bediener und Ingenieure. Dadurch wird sichergestellt, dass bestimmte sensible Funktionen des DTMs oder der FDT-Rahmenapplikation nur autorisierten Nutzern zugänglich sind. Anlagendokumentation Für die Dokumentation der Anlage werden die Parameter und Typenschildinformationen der installierten Geräte benötigt. FDT spezifiziert hierfür eine einheitliche Schnittstelle, über die diese Daten elektronisch abgerufen und durch z. B. gleichartigen Aufbau in gut lesbarer Form ausgegeben werden können. Diagnosen und Online-Werte Der DTM erlaubt den Online-Zugriff während der Laufzeit der Anlage und zeigt Diagnose-, Zustandsüberwachung- oder Messwerte des Gerätes oder des Prozesses an. Topologie-Import/Export FDT definiert eine Methode zum Austausch von Topologie-Informationen zwischen FDT-Rahmen-applikationen. In der Export-Information enthalten sind auch applikationsspezifische Daten aus den jeweiligen DTMs. Diese Funktion kann beispielweise dazu genutzt werden, um historische Datensätze von DTM-Instanzen zu archivieren. Audit Trail (Prozess- und Gerätehistorie) Alle Bedienereingriffe lassen sich rückverfolgen; in einer Art Logbuch wird dokumentiert, welcher Anwender wann welche Änderungen vorgenommen hat. Hierdurch lassen sich historische Daten automatisch rückverfolgen und dokumentieren; Audit Trail wird damit ein hilfreiches Werkzeug für Validierungsprozesse. 9

10 2.3 Nutzen für Anlagenbetreiber Der Anwendernutzen von FDT ist vielschichtig und zeigt sich zusätzlich zu den oben genannten Szenarien entsprechend den Einsatzmöglichkeiten über den vollen Lebenszyklus von Gerät und/oder Anlage. Freie Gerätewahl Anwender können frei aus den am Markt verfügbaren Geräten verschiedener Hersteller auswählen und das für ihre Anwendung bestgeeignete Gerät in ihre Anlage integrieren. Die Auswahl kann sich an den Leistungsmerkmalen des Gerätes orientieren und muss nicht Vorgaben eines Systemherstellers oder eines Kommunikationsprotokolls folgen. Gleiches gilt für die FDT-Rahmenapplikation. Erhöhte Effizienz Die Gesamtheit der Feldgerätedaten ist abrufbar und alle üblichen Aufgaben über den gesamten Lebenszyklus eines Gerätes werden unterstützt, vom Offline-Engineering vor der Inbetriebnahme bis zur Diagnose- und Wartungsinformation für vorbeugende Wartung. Verkürzte Installationszeiten und erhöhte Anlagenverfügbarkeit sind die daraus resultierenden Vorteile. Sicherheit im Anlagenbetrieb Die Bedienoberflächen aller DTM folgen in ihrer Gestaltung, wie z.b. Aufteilung der Arbeitsbereiche, den Vorgaben des DTM Style-Guide. Das macht die Gerätebedienung sicherer und reduziert den Schulungsaufwand. Die Vielfalt der Bedientools wird durch eine einzige FDT-Rahmenapplikation ersetzt. Offenheit und Zukunftssicherheit FDT setzt einer innovativen Gerätetechnik keinerlei Grenzen, solange die DTM-Schnittstelle kompatibel bleibt. Investitionen sind damit langfristig geschützt. Neue Kommunikationsprotokolle werden regelmäßig in die FDT-Spezifikation aufgenommen und die Abwärtskompatibilität neuer Schnittstellenbeschreibungen ist Vorgabe für alle FDT-Arbeitsgruppen. 2.4 Nutzen für Gerätehersteller und Systemanbieter Die FDT-Technologie bietet neben den Endkunden und Anlagenbetreibern auch den Gerätehersteller und Systemanbieter einen hohen Nutzen. Reduzierter Entwicklungsaufwand bei hoher Leistungsfähigkeit Der Gerätehersteller muss dank der FDT-Technologie nur noch einen einzigen Gerätetreiber (DTM) entwickeln, der in jeder beliebigen FDT-Rahmenapplikation ausgeführt werden kann. Hohe Kosten für Mehrfachentwicklungen aufgrund verschiedenartiger System-Umgebungen entfallen. Der DTM kann beliebig leistungsfähig gestaltet werden, z.b. um besonders intuitive Benutzerschnittstellen oder komplexe Algorithmen zu unterstützen. Eine Begrenzung hinsichtlich der vom DTM unterstützten Leistungsmerkmale gibt es nicht. Alle Funktionen, die sich mit einer modernen Programmiersprache realisieren lassen, können implementiert werden. Schutz von Investitionen und Know How Die Investitionen des Geräteherstellers sind geschützt, da bei einer Änderung des umgebenden Systems die Komponente nicht modifiziert werden muss. Geräteanbieter können sich vielmehr auf die Entwicklung besonderer Leistungsmerkmale für ihre Geräte konzentrieren, mit denen sie sich vom Wettbewerb abgrenzen und ihren Kunden entscheidenden Nutzen bieten können. Das Know-How des Herstellers bleibt zuverlässig geschützt, da der DTM im Binärformat ausgeliefert wird. Hohe Effizienz und Flexibilität Bestehende Gerätebeschreibungsdateien wie beispielsweise EDD oder IODD können schnell und effizient in einen DTM konvertiert werden, welcher in allen FDT-Rahmenapplikationen genutzt werden kann. Entwicklungswerkzeuge hierfür sind am Markt erhältlich. Systemhersteller können durch die FDT-Technologie ein einheitliches Gerätemanagement für unterschiedliche Kommunikationsprotokolle in die eigenen Systemtools integrieren. Durch die in FDT spezifizierten Funktionen und Schnittstellen werden alle vom Gerät unterstützten Datenpunkte an den Feldbus-Master übermittelt. Durch den Anwender mit einem DTM durchgeführte Änderungen können direkt in die Engineering-Applikation übernommen werden. 10

11 3. Realisierung von FDT Die FDT-Technologie betrifft zwei Arten von Softwarekomponenten: die FDT-Rahmenapplikation und den Device Type Manager (DTM), die über die in der IEC bzw. ISA standardisierten Schnittstellen interagieren. 3.1 FDT Rahmenapplikation Die FDT-Rahmenapplikation bietet eine gemeinsame Ablaufumgebung für beliebige DTMs verschiedener Hersteller. Rahmenapplikationen sind feldbus-neutral, unterstützen verschiedene Kommunikationsprotokolle und erfüllen damit die Anforderungen zur Einbindung von Geräten in heterogen aufgebaute Automatisierungssysteme. verwalten sämtliche Geräte-Instanzen und speichern deren Daten, ohne über gerätespezifisches Wissen zu verfügen. garantieren eine systemweit einheitliche Konfiguration und erlauben sowohl Mehrplatz- als auch Einzelplatz-Umgebung. können in viele Systemumgebungen wie Konfigurations- oder Engineering-Tools, Bedienkonsolen oder PAM-Tools integriert werden, werden von verschiedenen Herstellern sowohl der Prozess- als auch Fertigungsautomatisierung entwickelt und gepflegt. 3.2 Device Type Manager Ein Device Type Manager ist eine Softwarekomponente, die inhaltlich ein bestimmtes Gerät oder eine Kommunikationskomponente mit seinen/ihren Eigenschaften und Funktionen einschließlich Bedienoberfläche repräsentiert. Aus einer Rahmenapplikation heraus organisieren die DTMs den Umgang mit ihren in der Anlage befindlichen Geräten bzw. Kommunikationskomponenten. Ein Anwender kann auf diese Weise die Funktionen der angeschlossenen Geräte über die zugehörigen DTMs aufrufen. Ein DTM kann hinsichtlich seiner Funktion auch als Proxy (Stellvertreter) gesehen werden, der die Kontrolle über ein Gerät oder eine Kommunikationskomponente in der Anlage über die Rahmen-applikation bereitstellt. Hierbei spricht man auch von einer Instanz in der FDT-Rahmenapplikation. Der DTM ist kein eigenständiges Programm, sondern benötigt zur Ausführung immer eine FDT-Rahmenapplikation. Device Type Manager erleichtern dem Anwender die Arbeit mit Feldgeräten, da keine speziellen Kenntnisse über die verwendeten Bussysteme und deren Kommunikationsprotokolle zwischen Bedienarbeitsplatz und dem Feld benötigt werden. Alle Geräte präsentieren sich in der gleichen Art und Weise, da wesentliche Teile der Benutzeroberfläche des DTM im DTM-Style Guide festgelegt sind (siehe Kapitel 3.3). Das gilt für gerätespezifische ebenso wie für generische DTMs, die im nachfolgenden Abschnitt näher beschrieben werden. Dadurch ist eine intuitive und leichte Handhabung und Konfiguration der Geräte möglich. Entsprechend ihrer funktionellen Zuordnung unterscheidet man zwischen Geräte-DTM und Kommunikations-DTM (Bild 9). Geräte-DTM Geräte-DTMs (Bild 9, links) sind geräte-spezifisch aufgebaut und enthalten Daten, Funktionen und Logikelemente des Gerätes. Je nach Implementierungsgrad beinhaltet ein DTM eine einfache grafische Benutzeroberfläche für das Einstellen der Geräteparameter bis zu umfangreichen Anwendungen für Diagnose und Wartungszwecke, z.b. einer Logik zur Gerätekalibrierung. Geräte-DTMs werden in der Regel vom Gerätehersteller entwickelt und als Teil des Lieferumfangs bereitgestellt. Zusätzlich bieten Dienstleister entsprechende Entwicklungen an. Im Gegensatz zu der inhaltlichen Gestaltungsfreiheit eines DTM sind seine Schnittstellen zur Rahmenapplikation durch die FDT-Spezifikation verbindlich vorgeschrieben. Geräte-DTMs werden je nach ihrer Verwendung in drei Gruppen unterteilt: Herstellerspezifische Geräte-DTMs bieten den größten Funktionsumfang und unterstützen midestens ein Gerät, können aber auch gemeinsame Eigenschaften einer ganzen Gerätefamilie eines Herstellers unterstützen, z.b. eine Produktreihe von Druckmessumformern oder optischen Sensoren. Diese DTMs können auch mit weiterführenden Funktionen wie z.b. erweiterten Parametrierungs- und Diagnosemöglichkeiten, Netzwerk-Analysen oder Verlauf-Darstellungen ausgebaut werden. 11

12 In Abgrenzung dazu stehen die Interpreter-DTMs mit einem geringeren Funktionsumfang im vergleich zu einem herstellerspezifischen Geräte-DTM. Interpreter-DTMs werden für ein Gerät nicht eigens programmiert, sondern nutzen vorhandene, für ein bestimmtes Gerät erstellte Gerätebeschreibungsdateien, z.b. EDD oder IODD. In der Regel sind diese DTMs durch die begrenzten Eigenschaften der Gerätebeschreibungssprache (EDDL) graphisch und funktionell weniger aufbereitet. Beispiele sind der IODD-Interpreter-DTM, der die DDs von IO- Link-Geräten interpretiert und mit dessen Hilfe diese Geräte parametriert werden können. Es gibt weitere Interpreter-DTMs, durch welche z.b. EDDs der HART Communication Foundation, der Fieldbus FOUNDATION oder von PROFIBUS & PROFINET International (für Prozessgeräte mit dem Profil PA- Devices) interpretiert werden. Generische (universelle) DTMs vertreten nicht ein Gerät oder eine Gerätegruppe eines Herstellers, sondern definierte Gemeinsamkeiten von Geräten verschiedener Hersteller. Hierzu gehören die protokoll-konformen Parameter, die für alle Geräte einer Protokollklasse (z.b. HART-Geräte, PROFIBUS PA- Geräte) übereinstimmen und daher in einem einzigen DTM beschrieben werden können. Bei einem generischen HART-DTM z.b. sind das die Parameter, die über den Begriff Universelle und Standard- Kommandos (Universal und Common Practice Commands) erreichbar sind. Bei einem generischen PROFIBUS-Profil-DTM betrifft das alle Profilparameter eines Feldgerätes. Generische DTMs verfügen über nur sehr wenige oder sogar nur einen Eintrag im Gerätekatalog der Rahmenapplikation. DTMs für Kommunikationskomponenten Vergleichbar der Repräsentation von Feldgeräten durch spezifische Geräte-DTM werden auch die an der Kommunikation beteiligten Netzwerk-Infrastruktur- Komponenten wie Kommunikationsadapter, Gateways oder Buskoppler durch entsprechende DTM repräsentiert (Bild 9, rechts). Ein gemeinsames Merkmal dieser DTM ist der Kommunikationskanal, den sie den zugeordneten Geräte-DTM zur Verfügung stellen und der die spezifischen Dienste des jeweiligen Netzwerkprotokolls in entsprechende Software-Schnittstellen abbildet. Je nach Ausführung der zugehörigen Hardware-Komponenten und Einsatzort im Netzwerk werden dabei zwei DTM-Kategorien unterschieden: Kommunikations-DTMs (CommDTM) sind die jeweils ersten DTM, die bei einem Kommunikationsaufbau aus einer FDT-Rahmenapplikation heraus aktiv werden. Kommunikations-DTM übersetzen mit Hilfe passender Adapter-Hardware (z.b. in Form einer PC-Steckkarte) Dienstanforderungen seitens der Geräte-DTM an der Software-Schnittstelle ihres FDT-Kommunikationskanals in die entsprechenden Kommunikationsoperationen des abgebildeten Netzwerkprotokolls. Kommunikations-DTM agieren somit als standardisierter Gerätetreiber für ein oder auch mehrere Protokolle. Gateway-DTMs kommen zwischen dem Kommunikations-DTM und Geräte-DTMs zum Einsatz, sofern auf dem Kommunikationspfad zwischen Kommunikationsadapter und Feldgerät Übergänge zwischen verschiedenen Netzwerkprotokollen existieren. Ihre Aufgabe besteht sowohl in der Konfiguration der notwendigen Hardware-Komponente für den Netzübergang (Gateway), als auch - im Fall der Online- Kommunikation - in der Umsetzung der von den zugeordneten Geräte-DTMs angeforderten Kommunikationsdienste eines Protokolls in die entsprechenden Dienste des anderen Protokolls. Damit öffnen Gateway-DTMs den nachfolgenden Kommunikationspfad bis zum Feldgerät einschließlich der nötigen Übergängen zwischen unterschiedlichen Protokollen, wie z.b. Ethernetbasierten Systemen und PROFIBUS oder IO-Link. Sie sind deshalb Grundlage für den Aufbau einer vertikalen Kommunikation über Systemgrenzen hinweg, siehe Kapitel

13 Geräte-DTM für Geräte zum Messen, Steuern, Regeln,... Kommunikations-DTM für Kommunikationskomponenten Herstellerspezifische DTM Interpreter-DTM Generische DTM Gateway-DTM Übergang zwischen verschiedenen Protokollen Kommunikations-DTM Schnittstelle zu Kommunikationssystemen Für ein Gerät Für Profil-konforme Parametergruppen z.b. PROFIBUS PA PRtOFIBUS/HART (Remote I/O) USB/RS 485 Für eine Gerätefamilie Für Protokoll-konforme Parametergruppen z.b. Universelle Kommandos (HART) PROFIBUS/IO-Link Ethernet/HART Ethernet/RS 485 Ethernet/PROFIBUS Bild 9: DTM-Systematik 3.3 Gestaltung von DTM-Oberflächen (Style Guide) Einheitliches Look & Feel Die grafische Oberfläche der DTMs ist für den Anwender der FDT-Technologie das tägliche Werkzeug, dessen übersichtliche und über alle Hersteller und Gerätetypen - einheitliche Gestaltung die Arbeitseffizienz maßgeblich fördert. Die FDT Group hat dafür einen DTM-Style Guide entwickelt, in welchem die Regeln für den Aufbau (Look & Feel) der Bedienoberfläche festgeschrieben sind. Die Regeln sind auch in einer Checkliste festgehalten, welche dem DTM-Entwickler als Leitlinie dienen kann. Die Style Guide-Konformität ist auch Bestandteil der Zertifizierungsergebnisse. Ziel der FDT Group ist es, alle Grundfunktionen eines DTM gleichartig ablaufen und gleichartig aussehen zu lassen, andererseits aber aufgaben- und verfahrensbezogene Darstellungen nicht einzuschränken. Dafür schreibt der Style Guide die Aufteilung der Benutzeroberfläche in allgemeine und aufgabenbezogene Bereiche vor, liefert eine Bibliothek von Icons und deren Bedeutung und gibt ein Glossar von Begriffen und Standardmeldungen in mindestens acht Sprachen vor. Der Benutzer findet damit die genannten Bestandteile in allen DTMs mit demselben Aussehen und derselben Bedeutung vor. Ergänzende Vorgaben des Style Guide für die DTM- Entwickler sind die Erreichbarkeit aller Elemente auch per Tastatur sowie ein Microsoft Windows-typisches Verhalten. Aufteilung der Oberfläche Der DTM Style Guide definiert eine skalierbare DTM- Bedienoberfläche mit festgelegten Bereichen (Bild 10): Identifikationsbereich Der Bereich dient dem Anwender zur eindeutigen Identifikation des Feldgerätes. Neben dem Geräte- und Firmenlogo sind beispielsweise Angaben zur Gerätebezeichnung, der Gerätenummer, und der Versionsangabe enthalten. Optional stehen DTM-spezifische Informationen zur Verfügung Werkzeugleiste (optional) Diese Leiste erlaubt durch die Nutzung von Schaltflächen einen schnellen Zugriff auf häufig benötigter Funktionen wie Drucken, Kopieren, Einfügen, Diagnose,... 13

14 Navigationsbereich (optional) In diesem Bereich sind die unterschiedlichen Gerätefunktionen über eine übersichtliche Baumstruktur angeordnet. Der Anwender kann in dieser Struktur die benötigte Funktion wie beispielsweise Parametrieren, Diagnose oder Service durch einfache Navigation erreichen. Anwendungsbereich Dieser Bereich dient der Darstellung von DTM Funktionen, die der Hersteller für spezifische, anwendungsorientierte Aufgaben bereitstellt. Alle Funktionen können grafisch aufbereitet sein (auch 3-D), und erlauben die Darstellung komplexer Funktionen wie beispielsweise Messwertverläufe, Tabellen, Hilfsfunktionen, Ausführungsbereich (wird ab FDT2 von der Rahmenapplikation bereitgestellt) mit Schaltflächen zur Ausführung bestimmter Funktionen, unterteilt nach anwendungsorientierten und Standardfunktionen wie OK, Schließen, Zurück, Statusleiste (wird ab FDT2 von der Rahmenapplikation bereitgestellt) zur Anzeige allgemeiner DTM-Zustände wie Onlinezugriff, Benutzerrechte, Parameter geändert,... Werkzeugleiste Navigationsbereich Identifikationsbereich Anwendungsbereich Ausführungsbereich Statusleiste Bild 10: Bedienoberfläche eines DTM mit Style Guide-konformem Aufbau 14

15 3.4 DTM-Applikationen Wie bereits in Bild 8 dargestellt wurde, kommen DTMs über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage zur Anwendung. Herstellerspezifische Gerätefunktionen wie Zustandsüberwachungen und meldungen, interaktive Funktionen und grafische Objekte, Trendkurven, Echokurven, Zeitverläufe oder gerätespezifische Online-Hilfen können im DTM integriert werden. Über die DTMs hat der Gerätehersteller somit die Möglichkeit, dem Anwender viele Formen von Unterstützung zur Verfügung zu stellen, von Inbetriebnahmehilfen oder Diagnosemöglichkeiten bis hin zu Wartungs- und Reparaturanweisungen. Anlagenplanung und Projektierung Für Planungs- und Projektierungsaufgaben steht in der Rahmenapplikation ein übersichtlicher und deutlich gegliederter Gerätekatalog zur Verfügung. Optional kann mit Filterfunktionen die Ansicht des Gerätekatalogs angepasst werden, so dass die Arbeit des Planers durch eine bestmögliche Anlagendarstellung mit allen Geräten erleichtert wird. Beispielsweise kann eine Projektansicht die Struktur der Anlage unter dem Aspekt der Kommunikation zwischen PC und Feldgeräten aufzeigen (Verlauf der Kommunikationspfade). In der Anlagensicht kann der technische Aspekt einer Anlage oder eines Anlagenteils berücksichtigt werden. Zudem kann durch farbige Symbole der aktuelle Zustand einer Anlage aufgezeigt werden und beschleunigt somit Wartungs- oder Fehleranalysen. Inbetriebnahme Bei jeder Inbetriebnahme ist die Geräteparametrierung eine Schlüsselaufgabe. Mit der Funktion Parametrieren werden diejenigen Geräteparameter projektiert, die auch ohne angeschlossenes Gerät festgelegt werden können (offline). Der in dieser Weise erstellte oder geänderte Parametersatz wird im Projekt gespeichert und kann später nach Anschließen eines Feldgerätes in dieses geladen werden. Auf diese Weise kann ein Projekt mit allen Geräten schon vor Inbetriebnahme der Anlage fertiggestellt werden, was einen erheblichen Zeitgewinn bei der Inbetriebnahme bedeutet. Die Funktion Online-Parametrierung dagegen dient zur Veränderung von Parametern bei angeschlossenem Feldgerät, um z.b. Regelparameter einzustellen. Anlagenbetrieb und Instandhaltung Für Anlagenbetrieb und Instandhaltung ist zeitoptimiertes Arbeiten die Regel. Die FDT-Rahmenapplikationen unterstützen die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Geräte in einem Arbeitsgang. Nach Auswahl der relevanten Geräte wird die gewünschte Funktion (z.b. Auslesen des Gerätestatus) gestartet, die dann automatisch bei allen ausgewählten Geräten durchgeführt wird. Mit dem gleichen Ziel der Zeitoptimierung kann z.b. das oft langwierige Lesen und Schreiben von Parametern in Feldgeräte automatisch und für mehrere Geräte oder einen bestimmten Anlagenteil in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Anlagenfahrer und Instandhalter haben auch gleichermaßen Bedarf an aktuellen Zustandsinformationen der Feldgeräte in der Anlage. Mit Hilfe der FDT-Rahmenapplikation kann z.b. eine vordefinierte Menge von Feldgeräten einmalig oder zyklisch auf ihre Zustandsinformationen hin abgefragt werden. Filterfunktionen erhöhen dabei die Übersichtlichkeit und erleichtern die Darstellung und Auswertung. So kann statt eines Gesamtprotokolls auch nur ein bestimmtes Feldgerät oder nur ein bestimmter Zustandswert betrachtet und ausgegeben werden. 15

16 Der Marktanforderung aus der Prozessindustrie folgend wird hier (als Option) speziell die Diagnose-Klassifizierung der NAMUR-Empfehlung 107 einschließlich Verwendung der entsprechenden Symbole berücksichtigt (Bild 11). Gerätestatus Ausfall Funktionskontrolle Bedeutung gemäß NE 107 (NAMUR) Aufgrund einer Funktionsstörung im Feldgerät oder an seiner Peripherie ist das Ausgangssignal ungültig. Am Feldgerät wird gearbeitet, das Ausgangssignal ist daher vorrübergehend ungültig. Symbol Dadurch können Gerätespezifische Ereignisse wie Funktionskontrolle oder Wartungsbedarf übersichtlich durch die Symbole der NE107 für den Anwender dargestellt werden. Zusätzlich hilft bei der Überwachung auf einwandfreie Funktion der Fehlermonitor in der Rahmenapplikation: Sobald ein DTM einen Fehler bei der Bearbeitung einer Funktion feststellt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben und in einer Liste eingetragen, die alle Fehlermeldungen seit dem Start der Rahmenapplikation bzw. seit dem letzten Quittieren der Fehlerliste enthält. Zur Analyse und Dokumentation von Fehlerzuständen schließlich dient der Debug-Monitor, der die Ergebnisse in vier Meldeklassen und mit Angabe der Quelle und mit Zeitstempel. Außerhalb der Spezifikation Wartungsbedarf Vom Gerät durch Selbstüberwachung ermittelte Abweichungen von den zulässigen Umgebungs- oder Prozessbedingungen oder Störungen im Gerät selbst weisen daruaf hin, dass die Messunsicherheit bei Sensoren oder Sollwertabweichungen bei Aktoren wahrscheinlich größer ist als unter Betriebsbedingungen zu erwarten. Das Ausgangssignal ist zwar noch gültig, aber der Abnutzungsvorrat wird demnächst erschöpft oder aufgrund von Einsatzbedingungen eine Funktion in Kürze eingeschränkt sein. Die FDT Spezifikation 2 definiert hierbei folgende Meldungstypen: Kritisch (Critical) Fehler (Error) Warnung (Warning) Information (Information) Bild 11: NAMUR-Klassifizierung des Gerätestatus (NE 107) Ausführliche Beschreibung (Verbose) Die Meldungen können vom DTM in beliebigen Situationen abgesetzt werden und ermöglichen dem DTM-Entwickler eine schnelle Fehleranalyse und ein effizientes Debugging. 16

17 4. Leistungsumfang FDT2 4.1 Anforderungen Die Weiterentwicklung von FDT zur Version FDT2 wurde aufgrund sich ändernder technologischer Gegebenheiten erforderlich. Sie stand unter folgenden Randbedingungen: Keine großen Veränderungen der Funktionalität gegenüber FDT 1.x, jedoch Erfüllung von Anwenderanforderungen aus der Praxis und Beseitigung von erkannten Schwachpunkten Schaffung eines attraktiven Innovationspotenzials für zukünftige Weiterentwicklungen Gewährleistung von Investitionsschutz und Kompatibilität sowohl mit Blick auf die Anlagen-Laufzeiten in der Prozessautomatisierung von Jahren als auch auf die Einsetzbarkeit heute existierender DTM in künftigen Versionen der Rahmenapplikationen. Diese Anforderungen an die Geräteintegration wurden u. a. von der NAMUR in der NE 105 definiert. (NE 105: Forderungen nach einheitlichen Benutzerschnittstellen sowie an die Funktionalität der Gerätekopplung und an die Schnittstellen der Konfigurationswerkzeuge zur Weiterverarbeitung der Gerätedaten). Bewahrung und Ausbau der existierenden Offenheit zur Verwendung bei verschiedensten Feldgerätearten und mit allen üblichen Kommunikationsprotokollen Sicherstellung und weitere Verbesserung der Interoperabilität und Senkung der dafür bei Entwicklung und Testprozeduren typischen Kosten 4.2 Evolution von COM zu.net FDT 1.x. mit COM FDT hat konsequent auf Industriestandards gesetzt und für FDT 1.x die Microsoft -Plattform COM (Component Object Model) für Software-Komponenten gewählt. COM verfügt über eine bewährte Client-Server-Architektur und verwaltet die Integration der Software-Komponenten in die FDT-Rahmenapplikation. COM erlaubt die prozessübergreifende Kommunikation und dynamische Objekterstellung. Eine COM-Komponente legt ihre Funktionalität über Schnittstellen offen, was zur Definition von Schnittstellen bei DTMs und Rahmenapplikationen genutzt wurde. Grafische Benutzeroberflächen (GUIs) werden mittels der ActiveX -Technologie aufgebaut, einer Erweiterung der COM-Technologie, die festlegt, wie GUIs in eine Anwendung integriert werden. In FDT wird das ActiveX-Steuerelement von der FDT-Rahmenapplikation dargestellt und ist zum Datenaustausch mit dem DTM verbunden. Damit fügt es sich nahtlos in die Benutzerschnittstelle der FDT-Rahmenapplikation ein und kann dennoch den gesamten Umfang der DTM-Funktionalität darstellen. Zum Datenaustausch zwischen Objekten, beispielsweise zwischen der FDT-Rahmenapplikation und dem DTM, verwendet FDT 1.x die Sprache XML (Extensible Markup Language), einen Standard zur Erstellung von Datendokumenten in einer hierarchischen Struktur. FDT 2.x mit.net Mit fortschreitender Zeit kamen die bei FDT 1.x verwendeten Technologien in die Jahre und die FDT Group erarbeitete ein Konzept zur Weiterentwicklung ihres Standards unter Berücksichtigung zukünftiger Technologien der Softwareentwicklung. Als Ergebnis entstand ein zukunftssicheres Architekturkonzept für FDT2 auf Basis von.net. Die.NET-Technologie beruht vollständig auf offenen Standards bzw. Spezifikationen und bietet alle für die Entwicklung moderner Software erforderlichen Eigenschaften bis hin zu Web- und Client/Server-basierten Systemen. Und mit der Windows Presentation Foundation (WPF) hat Microsoft eine Technologie geschaffen, um anspruchsvolle Benutzeroberflächen in 2D oder 3D zu erstellen. Die Technologie.NET ist laufzeitbasiert: Der Programmcode wird zur Laufzeit interpretiert und in Maschinencode umgewandelt. Die.NET Ausführungsumgebung, die Common Language Runtime (CLR), ist eine konkrete Implementierung der international standardisierten CLI (Common Language Infrastructure). Dadurch ergibt sich ein gewisses Maß an Plattformunabhängigkeit. Ein entscheidender Punkt ist die Rückwärtskompatibilität von.net zu älteren Microsoft Technologien. So kann z.b..net Software ältere COM/ActiveX Komponenten nutzen und es ist sogar möglich, solche Komponenten mit.net zu entwickeln. Die Kompatibilität funktioniert also in beide Richtungen. Diese Vorteile haben dazu geführt, dass.net in zahlreichen industriellen Bereichen Anwendung 17

18 gefunden hat. Auch bei der Entwicklung von FDT 1.x Software hat.net bereits Einzug gefunden. Folglich ist die Weiterentwicklung von COM/ActiveX hin zu.net ein natürlicher Evolutionsschritt auch für FDT. Hierzu zählt auch eine uneingeschränkte Unterstützung von 64 Bit Betriebssystemen. 4.3 Umsetzung von FDT2 Gleiches Grundkonzept Die bewährten FDT-Grundkonzepte wurden bei FDT2 vollständig beibehalten und lediglich auf die neue technologische Basis (.NET) gestellt. Der Gerätehersteller liefert weiterhin zusammen mit dem Gerät den zugehörigen DTM mit den gerätespezifische Funktionen und Benutzeroberflächen als Treiber zur Integration in eine Rahmenapplikation. Die DTM-Benutzeroberflächen ermöglichen es dem Anwender, Geräteparameter zu ändern oder Funktionen auszuführen. In FDT2 wird im Gegensatz zur Version 1.x die Ausführung des DTM in DTM-Gerätemodell und DTM- Benutzeroberfläche aufgetrennt (Bild 12). Zusätzlich erfolgt die Interaktion der DTM bzw. deren Komponenten nicht mehr wie bisher direkt zwischen den DTMs über private Schnittstellen, sondern ausschließlich über die durch FDT2 spezifizierten und von der Rahmenapplikation bereitgestellten Schnittstellen. Damit können jetzt auch verteilte Systeme sehr einfach realisiert werden indem die DTM-Benutzeroberflächen auf räumlich verteilten Client-Rechnern und das DTM- Gerätemodell auf einem zentralen Server ausgeführt wird. Das DTM-Gerätemodell wird dabei durch eine.net Klasse und die DTM-Benutzeroberfläche als.net WPF oder WinForms Control realisiert. Die Interaktion mit der Anwendung erfolgt über.net Schnittstellen. Generell wurde darauf geachtet, diese Schnittstellen so einfach wie möglich zu gestalten. Automatische Installation Bei FDT 1.x werden DTMs manuell installiert, wobei der jeweils richtige DTM für den betreffenden Gerätetyp bzw. die -version gesucht und dann auf jedem Rechner installiert werden muss. Beide Einschränkungen entfallen mit FDT2, da der DTM (Setup) die notwendigen Informationen und Funktionen für eine automatische Installation grundsätzlich zur Verfügung stellt. Gesteigerte Performance Durch zahlreiche Designmaßnahmen wurde in der FDT2-Spezifikation darauf geachtet, die Performance von FDT-Anwendungen zu verbessern. Speziell sind die Aufrufzeiten sowie die Belegung von Arbeitsspeicher auf dem PC optimiert worden. FDT2 Rahmenapplikation FDT2 Schnittstelle Bild 12: DTM-Auftrennung gemäß FDT2 Eignung für verteilte Systeme Benutzeroberfläche Gerätemodell Katalog Update Nach einer Installation bzw. Deinstallation von DTMs stehen die Änderungen schneller im DTM-Katalog der FDT-Rahmenapplikation zur Verfügung. Partielles Laden und Speichern von DTM-spezifischen Daten Parameter werden in Datenblöcke aufgeteilt und können somit dynamisch zur Laufzeit geladen werden. Eine Instanz muss nicht sofort den gesamten Datensatz eines DTMs laden, sondern startet zunächst mit den Daten und Parameter der aufgerufenen DTM Oberfläche. Erst wenn der Anwender weitere Oberflächen aufruft, werden die zusätzlichen Datensätze geladen. Dieser Vorteil zeigt sich besonders bei FDT-Rahmenapplikationsprojekten mit vielen DTM-Instanzen. Hier werden dann zuerst nur die DTM-Typ-Information geladen; das Laden der DTM-Dateninstanz erfolgt erst bei einem entsprechenden Zugriff. Aufrufe über FDT-Schnittstellen Mit FDT2 werden keine XML-Dokumente über die Schnittstellen ausgetauscht, die Übergabe von Daten und Informationen erfolgt durch.net Objekte. Damit entfällt das relativ häufige Erstellen und Parsen sowie das Füllen der internen Datenstrukturen mit Informationen aus der XML-Datei. 18

19 Schnittstelle zum SPS-Engineering-System Zu den Neuerungen gehört auch eine Schnittstelle für SPS-Programmierumgebungen, das sogenannte PLC Tool Interface. Das Prozessabbild eines Gerätes kann damit über den Geräte-DTM konfiguriert und über das SPS-Engineering-System geprüft werden, bevor die Änderung in der SPS aktiviert wird. Weitere Details sind im Kapitel PLC Tool Interface beschrieben. Gesicherte Interoperabilität Die Interoperabilität zwischen verschiedenen FDT- Komponenten wird durch vereinfachte Schnittstellen, aber auch durch detailliertere Spezifikation verbessert. Hier sind viele praktische Erfahrungswerte von Anwendern der Vorgängerversion eingeflossen. Interoperabilität hängt grundsätzlich von der spezifikationsgetreuen Implementierung der jeweiligen Produkte ab. In diesem Kontext hat die FDT Group mit Entwicklung von Standardkomponenten, sog. Common Components und deren Bereitstellung einen entscheidenden Schritt getan. Neuentwicklungen von DTM und Rahmenapplikationen können jetzt unter direkter Verwendung der Common Components schneller und kostengünstiger erfolgen und die aufwändigen Kompatibilitäts- und Interoperabilitätstests können weitgehend entfallen. Siehe 4.4 Sicherheit (Security) Das Thema Sicherheit im Sinne von Zugriffs- und Manipulationsschutz wird im Software-Bereich immer wichtiger. Bei industrieller Software steht eher die Gefährdung der Systemstabilität im Vordergrund und weniger die kriminelle Energie, mit der beispielsweise Web-Anwendungen konfrontiert werden. Dieser Gefährdung wird im industriellen Bereich in der Regel durch die IT-Infrastruktur und restriktiven IT-Richtlinien begegnet. Diesen Weg der Systemstabilisierung geht auch FDT2 in doppelter Weise: Die DTM-Hersteller können sich von einem Mitglied des Windows Root Certificate Program zertifizieren lassen und ihre DTM-Lieferungen dementsprechend hinsichtlich Ursprung und Echtheit unter Verwendung der Microsoft Authenticode -Technologie digital signieren. Die Rahmenapplikation kann bei der DTM-Registrierung diese Signatur verifizieren und damit Qualität und Zuverlässigkeit des DTM bestätigen. Weiterhin hat die FDT Group ein Zertifizierungsverfahren für DTMs bezüglich ihrer FDT-Konformität eingerichtet. Zertifizierte DTMs beinhalten einen digital signierten Beleg einer autorisierten FDT-Zertifizierungsstelle, wobei der private kryptographische Schlüssel zur Erstellung dieser digitalen Signatur ausschließlich der FDT Group bzw. ihren Zertifizierungsstellen bekannt ist. Die Rahmenapplikation kann die Richtigkeit des Konformitätsbelegs feststellen, indem sie die Signatur mittels des entsprechenden öffentlichen Schlüssels (public key) der signierenden Stelle (FDT Group) überprüft. Beide Verfahren zusammen gewähren ein Höchstmaß an Sicherheit für die Verwendung von DTMs. Unterstützung des Anlagen-Life Cycle Aspekte des Anlagen-Life Cycle bei der Geräteintegration in Systeme sind ein integraler Bestandteil der FDT-Technologie. In FDT2 wird dieses Thema durch verschiedene Definitionen und Guidelines intensiver behandelt. Beispielsweise ist die Realisierung eines Gerätetauschs mit der einhergehenden Aktualisierung des DTMs eine Funktion, die in FDT2 als spezieller Anwendungsfall betrachtet wird. Die geforderte Rückwärtskompatibilität von FDT2 zu FDT 1.x wird von FDT2 sowie von den Herstellern gewährleistet. Die Interoperabilität zwischen FDT 1.x-DTMs und FDT2-DTMs ist Teil der FDT2-Spezifikation und damit als technisch realisierbar gesichert. Folgerichtig muss jede nach der Spezifikation FDT2 entwickelte Rahmenapplikation diese Rückwärts-Kompatibilität gewährleisten. Das heißt, es werden sowohl FDT2-DTMs als auch FDT 1.x-DTMs unterstützt (Bild 13). Benutzeroberfläche Gerätemodell FDT 1.x Schnittstelle FDT2 Schnittstelle FDT2 Rahmenapplikation Bild 13: Kompatibilität von FDT2 zu FDT 1.x Benutzeroberfläche Gerätemodell 19

20 Logische und physikalische Topologie FDT unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Topologiesichten, der logischen und der physikalischen Topologiesicht. Bild 14 zeigt hierzu links die reale Anlage. Die physikalische Topologieansicht in einer Rahmenapplikation (Mitte) stellt die entsprechenden physikalischen Verbindungen wie Kabelstrecken oder Funk-Verbindungen zwischen den Geräten bzw. den korrespondierenden DTM untereinander dar und beschreibt somit die Hardware-Installation der Anlage. Die logische Topologieansicht (rechts) stellt die zugehörige, aus FDT 1.2 bekannte Hierarchie der DTM dar und beschreibt deren Kommunikationsbeziehungen untereinander. Die physikalische Topologie kann zur Darstellung jeglicher Netzwerkstrukturen verwendet werden. Für die Verwaltung der physikalischen Topologie ist die Rahmenanwendung verantwortlich. Die Unterstützung der physikalischen Topologie durch die Rahmenanwendung ist optional. Hingegen muss ein DTM immer alle Informationen zu seinen Hardwareschnittstellen zur Verfügung stellen, damit eine Rahmenanwendung feststellen kann, ob eine bestimmte physikalische Verbindung möglich ist oder nicht. Die physikalische Topologie hat keine Abhängigkeit zur logischen Topologie und wird von der Rahmenanwendung separat verwaltet. Passive Geräte Passive Geräte (Non-communicating devices) wie Stromversorgungen oder Terminatoren nehmen aus FDT-Sicht nicht unmittelbar an der Online-Kommunikation von Parametern und Prozessdaten teil. Über bestimmte Eigenschaften haben sie jedoch Einfluss auf die Modellierung der physikalischen Netzwerktopologie (Leitungslängen, Übertragungsraten, max. Zahl der Teilnehmer) und den Engineeringprozess; damit entsteht ein Bezug zu FDT. Eigenschaften solcher passiver Geräte bzw. deren DTM sind z.b. Anbindung erfolgt nicht über ein Feldbusprotokoll Online-Parametrierung über FDT-Mechanismen ist nicht notwendig bzw. nicht möglich Prozessdaten werden nicht bereitgestellt Bestimmte Eigenschaften passiver Geräte werden über protokollspezifische Erweiterungen publiziert: Für z.b. einen Stromversorgungsmodul innerhalb eines modularen IO-Devices sind Ergänzungen zum Protokoll für den Rückwandbus zu definieren, den die Kopfstation zur Kommunikation mit den einzelnen angeschlossenen Modulen verwendet. Das ist auch in der FDT- Welt üblicherweise ein hersteller-spezifisches Protokoll! Physikalische Topologieansicht Reale in Anlage der Rahmenapplikation Physikalische Topologieansicht in der Rahmenapplikation Logische Topologieansicht in der Rahmenapplikation PC ProfiNet: Kommunikations- DTM Modbus TCP: Kommunikations- DTM Ethernet mit ProfiNet/Modbus TCP Ethernet Port ProfiNet: Kommunikationskanal Modbus TCP: Kommunikationskanal Switch Modbus TCP Feldgerät Ethernet Port Gateway Ethernet Port Modbus TCP Feldgerät Gateway DTM Modbus TCP: Feldgeräte DTM Feldbus Feldbus Port Feldbus: Kommunikationskanal Feldbus Port Feldbus Port Feldgerät Feldgerät Feldgeräte DTM Feldgeräte DTM Bild 14: Reale Anlage mit zugehöriger physikalischer und logischer Topologieansicht 20